一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器

摘要

本发明公开一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器，包括依次连接的全桥开关网络、电感储能网络、变压器传输网络和整流滤波网络，全桥开关网络输入端与输入直流源相连，全桥开关网络的输出端与电感储能网络输入端相连，整流滤波网络的输入端连接变压器传输网络的输出端；电感储能网络包括第一电感L1和第一开关S1，第一开关S1与变压器传输网络的第二变压器T2的原边并联形成第二并联支路。本发明结构简单，根据第二切换开关S2选择电池电压，随后切换第一开关S1，进而改变电感器储能网络的变压器的数量，从而保证即便负载电压发生改变，双有源桥式变换器的输入输出电压传输比k保持不变。

说明书

技术领域

本发明涉及电池电压互相切换的双向DC/DC变换器的领域，具体涉及一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器。

背景技术

高效率与高功率密度是开关电源变换器一直以来追求的目标与发展方向。对于由功率器件组成的变换器电路，开关频率的提高会引起功率器件开关损耗的增加，最终导致变换器效率降低。特别是对于高频变换器，为了减小开关损耗，软开关技术应运而生，其主要实现方法有零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)和零电流开关(Zero CurrentSwitching，ZCS)。而双有源桥式(DAB)变换器由于具有电气隔离、升降压变换、双向能量传输、高功率密度等特点在电能变换领域而被广泛应用。

但是在一些场合下，电池电压需要在两种不同的电压等级之间进行切换操作，当直流输出电压发生变化时，双有源桥式变换器在轻载时无法满足原、副边开关管全部实现零电压开关。因此获得一种解决上述问题的实现宽范围软开关的双有源桥式变换器十分重要。

发明内容

为了解决现有方案中存在的以上技术问题，本发明提供一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器包括依次连接的驱动电路、电感储能网络、变压器传输网络和整流滤波网络，全桥开关网络输入端与输入直流源相连，全桥开关网络的输出端与电感储能网络输入端相连，变压器传输网络通过电感储能网络连接全桥开关网络，整流滤波网络的输入端连接变压器传输网络的输出端；电感储能网络包括第一电感L1和第一开关S1，所述第一电感L1与变压器传输网络的第一变压器T1的原边串联；所述第一开关S1与变压器传输网络的第二变压器T2的原边并联形成第二并联支路；所述变压器传输网络的第一变压器T1的原边与所述第二并联支路串联形成第三串联支路。

驱动电路包括全桥开关网络，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4，还包括第一电容C1，第一电容C1与全桥开关网络并联，所述第一开关管Q1与所述第二开关管Q2相串联形成第一串联支路，所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4相串联形成第二串联支路，所述第一串联支路与所述第二串联支路相并联形成第一并联支路；第一开关管Q1与所述第二开关管Q2的连接点通过第一电感L1连接第一变压器T1的原边；所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4的连接点连接第二变压器T2的原边。

第一变压器T1原边与所述第二变压器T2原边相串联形成第四串联支路，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边分别连接所述整流滤波网络。

整流滤波网络包括第一整流桥D1、第二整流桥D2，所述第一整流桥D1与所述第一变压器T1的副边所连接，所述第二整流桥D2与所述第二变压器T2的副边所连接，所述第一整流桥D1的正极与所述第二整流桥D2的正极相连接形成第一正极，所述第一整流桥D1的负极与所述第二整流桥D2的负极相连接形成第一负极。还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端与第一正极相连接，第二电容C2的另一端与第一负极相连接。

整流滤波网络的输出端并联有第一电池组BT1和第二电池组BT2，还包括第二切换开关S2，所述第二切换开关S2的第一端电性连接第一正极，第二切换开关S2的第二端分别连接第一电池组BT1和第二电池组BT2。

根据电池电压的工况，即通过第二切换开关S2切换电池电压等于V

本发明结构简单，根据第二切换开关S2选择电池电压，随后切换第一开关S1，进而改变电感器储能网络的变压器的数量，从而保证即便负载电压发生改变，双有源桥式变换器的输入输出电压传输比k保持不变。

令K*V

附图说明

图1为是现有的双有源桥式变换器；

图2为双有源桥式变换器各关键电参量波形；

图3为双有源桥式变换器移相控制时的软开关范围；

图4为本发明提出的一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器(第一开关S1闭合)；

图5为本发明提出的一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器(第一开关S1打开)；

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。

在一些场合下，电池的电压需要在两种不同的电压等级之间进行切换，例如第一电池组BT1的电压为V

参阅附图1与附图2所示，当正向功率传输时，双有源桥式(DAB)变换器原边输入的平均功率

据图3所示，双有源桥式变换器原、副边开关管实现零电压开关的必要条件

根据上式绘出两条边界线，如图3所示，其中两条实线分别为原边和副边开关管实现零电压开关的边界线，两者围成的区域就是变换器正向功率传输时原、副边所有开关管实现零电压开关的功率范围。从图4可以看出：当k≠1时，即V

如图1所示，当双有源桥式变换器的电池电压存在互相切换的情况时，即同一套电路系统存在不同输入输出电压传输比时，双有源桥式变换器软开关的范围不尽相同。当负载电压满足V

因此，本发明提供一种实现宽范围软开关的双有源桥式变换器，如图4和图5所示，其包括依次连接的驱动电路、电感储能网络、变压器传输网络和整流滤波网络，全桥开关网络输入端与输入直流源相连，全桥开关网络的输出端与电感储能网络输入端相连，整流滤波网络的输入端连接变压器传输网络的输出端；变压器传输网络通过电感储能网络连接全桥开关网络，电感储能网络包括第一电感L1和第一开关S1，所述第一电感L1与变压器传输网络的第一变压器T1的原边串联；所述第一开关S1与变压器传输网络的第二变压器T2的原边并联形成第二并联支路；所述变压器传输网络的第一变压器T1的原边与所述第二并联支路串联形成第三串联支路。第一变压器和第二变压器的扎数比为K：1。

驱动电路包括全桥开关网络，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4，还包括第一电容C1，第一电容C1与全桥开关网络并联，所述第一开关管Q1与所述第二开关管Q2相串联形成第一串联支路，所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4相串联形成第二串联支路，所述第一串联支路与所述第二串联支路相并联形成第一并联支路；第一开关管Q1与所述第二开关管Q2的连接点通过第一电感L1连接第一变压器T1的原边；所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4的连接点连接第二变压器T2的原边。其中驱动电路还可以为其他控制驱动谐振网络的电路。

第一变压器T1原边与所述第二变压器T2原边相串联形成第四串联支路，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边分别连接所述整流滤波网络。

整流滤波网络包括第一整流桥D1、第二整流桥D2，所述第一整流桥D1与所述第一变压器T1的副边所连接，所述第二整流桥D2与所述第二变压器T2的副边所连接，所述第一整流桥D1的正极与所述第二整流桥D2的正极相连接形成第一正极，所述第一整流桥D1的负极与所述第二整流桥D2的负极相连接形成第一负极。还包括第二电容C2，所述第二电容C2的一端与第一正极相连接，第二电容C2的另一端与第一负极相连接。

整流滤波网络的输出端并联有第一电池组BT1和第二电池组BT2，还包括第二切换开关S2，所述第二切换开关S2的第一端电性连接第一正极，第二切换开关S2的第二端分别连接第一电池组BT1和第二电池组BT2。

根据电池电压的工况，即通过第二切换开关S2切换电池电压等于V

本发明结构简单，根据第二切换开关S2选择电池电压，随后切换第一开关S1，进而改变电感器储能网络的变压器的数量，从而保证即便负载电压发生改变，双有源桥式变换器的输入输出电压传输比K保持不变。

令K*V

所以针对本发明应用而言，即便负载电池电压发生切换操作，例如电池电压由V

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。